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    雞源芽孢益生菌JM—42菌株篩選及抑菌物性質(zhì)分析

    2014-10-23 12:22:03司賀龍郭云霞孫志穎郝慶紅劉月琴
    江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2014年8期
    關(guān)鍵詞:篩選鑒定

    司賀龍+郭云霞+孫志穎+郝慶紅+劉月琴

    摘要:為了篩選對雛雞腹瀉具有顯著預(yù)防作用的芽孢益生菌,采用瓊脂平板擴(kuò)散法,以大腸桿菌菌株為病源指示菌,從健康雞腸道中篩選到1株具有較強(qiáng)抑菌活性的拮抗細(xì)菌JM-42菌株,對該菌株進(jìn)行形態(tài)學(xué)、生理生化、16S rDNA 序列分析,同時采用有機(jī)溶劑萃取和鹽析法對其代謝產(chǎn)物進(jìn)行提取,對其產(chǎn)物物質(zhì)種類及性質(zhì)進(jìn)行分析。結(jié)果表明,JM-42菌株與標(biāo)準(zhǔn)菌株Bacillus velezensis的同源性最高,為99.92%,且二者在所構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹上的同一分支上,最終鑒定JM-42菌株為B. velezensis。通過對其代謝產(chǎn)物進(jìn)行初步分析得出,其拮抗物質(zhì)為蛋白質(zhì),50%硫酸銨鹽析所得到的蛋白質(zhì)組分活性最強(qiáng),且對熱及酸堿敏感性較弱,性質(zhì)比較穩(wěn)定。

    關(guān)鍵詞:雞;芽孢益生菌;篩選;鑒定;抗菌蛋白

    中圖分類號:S852.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

    文章編號:1002-1302(2014)08-0208-04

    益生菌是指通過攝取適當(dāng)?shù)牧?,能夠起到有效作用的活菌,它是通過調(diào)節(jié)腸道微生物生態(tài)平衡,改善腸道防御功能、維護(hù)腸道屏障功能的微生態(tài)制劑[1-2]。目前,歐盟等國家均出臺了相應(yīng)政策、法律來嚴(yán)格限制甚至禁止抗生素的使用,作為抗生素功能的替代品,微生態(tài)制劑以其無污染、無殘留、促生長并具有提高免疫力、促消化的功能而受到人們的關(guān)注。芽孢桿菌可以形成芽孢的兼性厭氧菌,具有很強(qiáng)的抗逆性,而且還可以產(chǎn)生多種消化酶及維生素等營養(yǎng)物質(zhì)[3],且芽孢細(xì)菌后期的規(guī)?;a(chǎn)可操作性強(qiáng),易于推廣應(yīng)用,因此成為目前微生態(tài)制劑的首選菌種。幼齡動物由于生長發(fā)育不完全,易受到環(huán)境、飼料、疾病的影響,導(dǎo)致一些消化道疾病,為了保證益生菌進(jìn)入機(jī)體內(nèi)的活性及定植,本試驗(yàn)從健康雞腸道中篩選對致病性大腸桿菌有顯著拮抗作用的芽孢菌株,并對其抑菌物質(zhì)進(jìn)行初步分析,為雞源芽孢益生菌的后期研究奠定基礎(chǔ)。

    1 材料與方法

    1.1 試驗(yàn)材料

    致病性大腸桿菌,由河北農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院制藥工程系實(shí)驗(yàn)室保存。

    1.2 樣品采集

    新鮮的健康雞腸道,取自河北省清苑縣某肉雞養(yǎng)殖場。

    1.3 培養(yǎng)基

    細(xì)菌用培養(yǎng)基包括NA培養(yǎng)基、NB培養(yǎng)基[4]

    生理生化鑒定用培養(yǎng)基依據(jù)鑒定手冊中的方法[5]進(jìn)行配制。

    1.4 試驗(yàn)方法

    1.4.1 雞源芽孢桿菌的分離

    從健康雞新鮮盲腸中取1 g內(nèi)容物,溶于10 mL無菌水中,80 ℃水浴滅菌20 min。用無菌水10倍梯度稀釋,取適當(dāng)稀釋梯度的懸液在平板上涂布,每個稀釋度涂布3個平板,37 ℃恒溫箱培養(yǎng)24 h,獲得單菌落。挑取不同形態(tài)單菌落轉(zhuǎn)接到NA培養(yǎng)基斜面上純培養(yǎng),每個平板劃4個菌,編號,記錄。

    1.4.2 雞源芽孢桿菌的初篩和復(fù)篩

    將不同菌落分別轉(zhuǎn)接到含大腸桿菌的病原菌平板上,與大腸桿菌對峙生長,置于37 ℃恒溫培養(yǎng)24 h。觀察是否有抑菌圈出現(xiàn),進(jìn)而挑選出形成抑菌圈的菌株,置于-4 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

    從初篩的拮抗細(xì)菌中選出抑菌活性較高的菌進(jìn)行復(fù)篩。將挑選出來的菌株,以NA培養(yǎng)基活化后,接種于NB培養(yǎng)基中,37 ℃、180 r/min搖床培養(yǎng)48 h后,取用0.2 μm微孔濾膜過濾除菌的拮抗細(xì)菌發(fā)酵液約15 μL,37 ℃培養(yǎng)24 h,測量并記錄抑菌圈直徑。

    1.4.3 雞源芽孢桿菌JM-42菌株的種屬鑒定

    根據(jù)菌株的菌落形態(tài)特征、菌體形態(tài)特征、革蘭氏染色性狀、芽孢染色性狀、有關(guān)生理生化鑒別試驗(yàn),參照文獻(xiàn)[5]與《伯杰氏細(xì)菌鑒定手冊》進(jìn)行屬和種的鑒定。

    1.4.4 雞源芽孢桿菌JM-42菌株的生理生化鑒定

    按照相應(yīng)屬、種鑒定的有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行生理生化鑒定。試驗(yàn)要求分別進(jìn)行接觸酶試驗(yàn)、H2S產(chǎn)生試驗(yàn)、吲哚試驗(yàn)、明膠液化試驗(yàn)、氨基酸脫羧酶試驗(yàn)、淀粉水解、V-P試驗(yàn)、M.R試驗(yàn)、檸檬酸鹽利用和糖、醇發(fā)酵等。

    1.4.5 雞源芽孢桿菌JM-42菌株的16S rDNA的鑒定

    1.4.5.1 雞源芽孢桿菌JM-42菌株基因組DNA的提取及其PCR擴(kuò)增和序列測定

    取對數(shù)生長期菌株的發(fā)酵液(培養(yǎng)4~12 h)750 μL至EP管中,4 ℃下10 000 r/min離心 10 min,重復(fù)3次。用無菌水振蕩洗沉淀2次(洗殘留的發(fā)酵液),4 ℃下10 000 r/min離心10 min。加400 μL TE(Tris-HCl和EDTA混合液)溶解沉淀。液面下加入20 μL溶菌酶(50 mg/mL),輕輕搖勻混合,置于37 ℃溫育過夜,間歇搖動EP管,加400 μL CTAB,65 ℃水浴40 min。冷卻至室溫,加入400 μL酚-三氯甲烷(1 ∶1),輕輕混勻,4 ℃下12 000 r/min離心10 min。移取上清,加入350 μL三氯甲烷,輕輕混勻,4 ℃ 下12 000 r/min 離心10 min。取上清,加入等體積冰凍異丙醇,輕輕搖勻,置于-20 ℃冰箱 1~4 h,沉淀DNA。取出后,12 000 r/min 離心10 min。沉淀以75%乙醇洗2次,風(fēng)干(至完全去除乙醇?xì)馕叮?,得到DNA粗品。

    純化DNA:加入200 μL TE溶解沉淀,液面下加入RNA酶(20 mg/mL),37 ℃保溫30 min。加入400 μL 酚-三氯甲烷(1 ∶1),輕輕混勻,4 ℃下12 000 r/min離心10 min。移取上清,加入350 μL三氯甲烷,輕輕混勻,4 ℃下12 000 r/min離心10 min。取上清,加入1/10體積的2 mol/L KAc溶液和2倍體積的無水乙醇,置于-20 ℃保藏1~12 h。取出,4 ℃下 10 000 r/min 離心10 min。用75%乙醇洗2次,風(fēng)干。加 20~30 μL TE溶解沉淀,于-20 ℃保藏。endprint

    凡是離心后吸取上清液的步驟,必須使用處理過的槍頭。剪去槍尖2 mm左右,目的是減少對DNA片段的剪切力,提高收率。

    JM-42的基因組DNA擴(kuò)增引物為細(xì)菌的16S rDNA通用引物,正向引物PrimerA:5′-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3′,反向引物PrimerB:5′-CTACGGCTACCTTGTTACGA-3′。PCR擴(kuò)增的條件為:94 ℃預(yù)變性5 min;94 ℃變性30 s,57 ℃ 退火40 s,72 ℃延伸90 s,共32個循環(huán);72 ℃延伸 10 min。得到的PCR產(chǎn)物經(jīng)試劑盒純化后,送往上海生物工程技術(shù)服務(wù)有限公司測序。

    1.4.5.2 雞源芽孢桿菌JM-42菌株16S rDNA序列分析及系統(tǒng)發(fā)育樹繪制

    利用BLAST方式將測定好的JM-42菌株的16S rDNA序列與GenBank中所有已測定的芽孢桿菌屬16S rDNA基因序列進(jìn)行同源序列分析比對,選取序列相似性高的菌株用ClustaX 1.8軟件對比序列的相似性,并利用Neighbor-Joining法構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹。

    1.4.6 雞源芽孢桿菌JM-42菌株的產(chǎn)物性質(zhì)分析

    1.4.6.1 溶劑萃取

    將JM-42菌株活化后用NB培養(yǎng)基進(jìn)行靜置液體發(fā)酵。取48 h發(fā)酵液4份,每份100 mL,離心后分別用1/3體積的三氯甲烷、乙醚、乙酸乙酯、正丁醇萃取,萃取液在通風(fēng)處內(nèi)自然揮發(fā)至干燥,分別用5.0 mL蒸餾水溶解后,用瓊脂打孔擴(kuò)散法在病原菌平板上測定抗菌活性,在同一平板上同時測定發(fā)酵液、萃余液的抗菌活性,并以蒸餾水作為陰性對照、發(fā)酵液作陽性對照。

    1.4.6.2 硫酸銨鹽析

    取48 h發(fā)酵液200 mL,離心后在不斷攪拌情況下緩慢添加硫酸銨30%、60%、80%飽和度,于 4 ℃ 冰箱沉淀過夜,10 000 r/min離心10 min得沉淀,加 0.01 mol/L Tris-HCl(pH值7.4)緩沖液溶解,透析,凍干。用0.01 mol/L Tris-HCl(pH值7.4),經(jīng)0.22 μm微孔濾膜過濾,制成10 mg/mL抗菌物溶液,用于拮抗活性測定。用瓊脂打孔擴(kuò)散法在病原菌平板上測定透析液抗菌活性,在同一平板上同時作蒸餾水陰性對照和發(fā)酵液陽性對照。

    1.4.6.3 粗蛋白穩(wěn)定性研究

    將粗提拮抗蛋白用無菌水配成濃度為10 mg/mL的溶液。分別測定粗蛋白對熱、pH值的穩(wěn)定性和對胰蛋白酶的敏感性,從而初步判斷抗菌物質(zhì)的穩(wěn)定性。

    粗蛋白熱穩(wěn)定性的測定:將拮抗蛋白的粗提取液分別在40、60、80、100 ℃以及0.1 MPa、121 ℃各處理20 min,然后進(jìn)行抑菌活性的測定。以常溫處理的蛋白液作對照,25 ℃培養(yǎng)2 d后觀察抑菌結(jié)果,并測量抑菌圈直徑,比較分析結(jié)果。

    粗蛋白pH值穩(wěn)定性的測定:將拮抗蛋白的粗提液與磷酸氫二鈉-磷酸二氫鈉緩沖液等體積混合,再用0.01 mol/L鹽酸或氫氧化鈉分別調(diào)pH值至4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0進(jìn)行抑菌活性的測定,25 ℃培養(yǎng)2 d后觀察抑菌結(jié)果,以瓊脂打孔擴(kuò)散法,觀察不同pH值發(fā)酵液的抑菌效果,比較分析結(jié)果。

    粗蛋白對胰蛋白酶的敏感性:將抗菌粗蛋白提取液分裝于Ep管中,1 ∶1加入2 mg/mL胰蛋白酶溶液,以加無菌水的發(fā)酵上清液作對照,用瓊脂打孔擴(kuò)散法,在病原菌平板上選擇合適的間距打孔,作3個平行,在37 ℃恒溫孵育0、0.5、1.0、1.5、2.0 h,觀察經(jīng)胰蛋白酶處理不同時間的抗菌粗蛋白的抑菌效果,測量抑菌圈直徑作記錄。以上各處理和對照分別用抑菌圈法測定其抑菌活性。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 拮抗細(xì)菌的初篩

    將分離得到的不同特征的耐高溫單菌落經(jīng)純化后分別與大腸桿菌進(jìn)行對峙生長試驗(yàn),從初篩的70株拮抗細(xì)菌中選出抑菌活性較高的20株菌進(jìn)行復(fù)篩。

    2.2 拮抗細(xì)菌的復(fù)篩

    對20株形態(tài)不同的活性較高的菌株進(jìn)行復(fù)篩,共分離得到具有較高拮抗作用的菌株5株,其抑菌圈直徑均不小于 11 mm(表1),其中菌株JM-42抑菌圈直徑為14.2 mm,能有效抑制大腸桿菌的生長。

    3 結(jié)論與討論

    芽孢益生菌作為微生態(tài)制劑的一種重要來源細(xì)菌,在維護(hù)動物腸道健康、促進(jìn)微生態(tài)平衡等方面發(fā)揮著重要的作用。芽孢細(xì)菌在逆境環(huán)境下形成芽孢,在溫度、pH值、營養(yǎng)條件適粗時萌發(fā)生長,產(chǎn)生營養(yǎng)物質(zhì),發(fā)揮其益生作用。但芽孢桿菌在常規(guī)動物腸道發(fā)揮生理功能,可能是通過與其他微生物相互作用的結(jié)果,而非單一的芽孢桿菌在倡導(dǎo)生長代謝造成的[7]。通過拮抗作用來篩選益生菌,是最直接有效的途徑[8]。本試驗(yàn)從雞腸道中篩選出對致病性大腸桿菌具有顯著拮抗作用的菌株,經(jīng)復(fù)篩可以確定,JM-42菌株的代謝產(chǎn)物中含有較高的抑菌活性物質(zhì),能產(chǎn)生有效的抑菌作用,經(jīng)形態(tài)學(xué)、生理生化、16S rDNA序列分析得出雞源JM-42菌株為Bacillus velezensis。

    細(xì)菌素是某些細(xì)菌產(chǎn)生的具有抗菌活性的多肽、蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)復(fù)合物[9],目前由益生菌中的乳酸菌所產(chǎn)生的細(xì)菌素有40余種[10]。益生菌中的乳酸菌在代謝過程中除細(xì)菌素外,還能產(chǎn)生乙酸、乳酸及過氧化氫等具有抑菌活性的物質(zhì)。因此,為了排除這些非細(xì)菌素物質(zhì)的干擾,本研究利用硫酸銨鹽析對代謝產(chǎn)物進(jìn)行粗蛋白的分離,結(jié)果發(fā)現(xiàn)50%硫酸銨對粗蛋白提取量最大,抑菌效果最明顯。因此,證明了JM-42菌株發(fā)酵液中提取物的抗菌活性是類細(xì)菌素所致,而不是有機(jī)酸和過氧化氫所致。

    JM-42抗菌蛋白在較廣泛的pH范圍內(nèi)都有較好的抑菌活性,酸堿適應(yīng)性較強(qiáng);在外界溫度為40 ℃時抑菌活性最強(qiáng),但在40~100 ℃ 下抑菌活性稍有減弱,在121 ℃下明顯有所減弱,但在此溫度下仍有抑菌圈出現(xiàn),說明JM-42抗菌蛋白粗提液具有較好的熱穩(wěn)定性。20世紀(jì)80年代初,Hultmark等研究在滯育德惜比古天蠶蛹中利用大腸桿菌誘導(dǎo)時發(fā)現(xiàn)一類新型的抗菌蛋白,該蛋白分子量在7 ku,不同于溶菌酶的15 ku,與氨基酸組成相似,具有熱穩(wěn)定性[11],與申吉泓等報道[12]一致。在用胰蛋白酶處理孵育的過程中仍出現(xiàn)抑菌圈,說明該抗菌粗蛋白對胰蛋白酶不敏感。JM-42作為飼料添加劑應(yīng)用于飼料中,在動物消化道產(chǎn)生的抗菌蛋白不會被胰蛋白酶降解,能發(fā)揮其抗菌作用??咕某煞譃橐紫盏陌被?,可作為畜禽飼料添加劑取代或部分取代目前飼喂動物所用的抗生素,減少抗生素對動物體的危害。目前,利用酵母產(chǎn)生抗菌肽酵母制劑,在預(yù)防及治療仔豬白痢、雛雞白痢方面有明顯效果??傊摰鞍踪|(zhì)性質(zhì)較穩(wěn)定,耐熱耐酸能力強(qiáng),對病原細(xì)菌有較強(qiáng)的抑制能力,由蛋白類物質(zhì)或非單一抗菌物質(zhì)所組成,有關(guān)其組分和結(jié)構(gòu)鑒定方面須要進(jìn)一步研究。本研究結(jié)果為益生菌的進(jìn)一步應(yīng)用提供技術(shù)支持。endprint

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